本实用新型属于介电常数测量装置技术领域，具体涉及一种基于共面波导传输线的新型电参数测量装置。
背景技术：
随着微波技术的应用在生物学、细胞学、食品化工及电磁兼容等领域内不断取得突破性发展，许多新兴的交叉学科应运而生，如微波化学、电磁场生物医学等。然而，因人们对微波同生物介质或化学物质相互作用机理研究不足，导致了微波技术在上述领域内的应用依然面临很多技术壁垒。生物介质或化学物质的电参数是反映微波与其相互作用的重要参数，如在生物学领域，像蛋白质热变性、双层质膜、单细胞特性以及在微波化学领域内非热效应的研究，都是通过分析生物或化学物质介电特性的变化展开研究的。
一般来说样品的介电特性测量方法可以分为谐振法和非谐振法，谐振法的特点是具有很高的灵敏度和很准的精确度，但是属于窄带测试。非谐振法的特点是设备简单、测试灵敏度低，但是属于宽带测试。非谐振法是实现宽带检测的主要方法，而传输/反射法是非谐振法中应用最为广泛的。在传输/反射法中，基于共面波导传输线的宽带测定方法获得了长足的发展，其基本思路是将被测样品放置在共面波导传输线上，通过测定两端口散射参数信息并结合去嵌入技术或其它算法（如神经网络算法）反演被测样品的介电特性。其优点是超宽带测定，缺点是灵敏度有限，有时候面临复杂的去嵌入技术。为提高测试灵敏度，各种各样的方法被提出，文献“Haase N M N, Fuge G, Trieu H K, et al. Miniaturized Transmission-Line Sensor for Broadband Dielectric Characterization of Biological Liquids and Cell Suspensions[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques, 2015, 63(10):3026-3033.”报道通过加载微流通道实现了宽带液体生物介质的介电特性检测，微流通道的加工需要特殊工艺，这增加了加工的难度和代价，不适应广泛推广。
鉴于此，本实用新型提出了一种基于传输/发射法的双频宽带检测传感器，该装置以共面波导传输线为基础，通过在共面波导传输线的中间导带上加载两个对称的直角弯折型槽线支节，从而使检测灵敏度大大提高。
技术实现要素：
本实用新型解决的技术问题是提供了一种结构简单且测试灵敏度较高的基于共面波导传输线的新型电参数测量装置，该测量装置可用于检测流体、粉末及块状固体的介电常数。
本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于共面波导传输线的新型电参数测量装置，其特征在于包括共面波导传输线及串联加载在共面波导传输线中间导带的两个相同结构的直角弯折型槽线支节，两个相同结构的直角弯折型槽线支节的两端分别通过槽线缝隙与共面波导传输线的两条信号传输缝隙串联，直角弯折型槽线支节上设有用于放置被测样品的测试区域，加载直角弯折型槽线支节和槽线缝隙用于增强测试区域的电场从而提高检测的灵敏度，共面波导传输线的输入端口和输出端口分别通过SMA接头与矢量网络分析仪相连。
进一步优选，所述介质基板的材料为罗杰斯R4003C，其相对介电常数为3.38，介质基板的厚度为0.8mm，共面波导传输线中两条信号传输缝隙及中间导带的宽度分别为0.15mm和2.3mm，槽线缝隙的宽度和长度分别为0.15mm和0.3mm，直角弯折型槽线支节的弯折个数为6个，该槽线支节的缝隙宽度为0.15mm，每个弯折支节的长度为2.5mm。
进一步优选，所述被测样品为块状固体可直接放置在测试区域，被测样品为流体或固体粉末可通过弓字型微流管加载在测试区域，该弓字型微流管通过导电胶粘贴在测试区域。
本实用新型所述的基于共面波导传输线的新型电参数测量装置的测量方法，其特征在于具体过程为：微波信号由输入端口输入，经测试区域，最后到达输出端口，通过槽线缝隙串联加载的两个相同结构的直角弯折型槽线支节使测试区域具有很强的电场，提高检测的灵敏度，将被测样品放置于测试区域，相当于在共面波导传输线上引入不连续结构，这种不连续结构将构造成共面波导传输线两端口散射参数，且散射参数的变化情况携带有被测样品介电特性的信息，最后采用神经网络方法，基于测试的包含测试样品的散射参数信息反演被测样品的介电常数。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：测试装置结构简单，灵敏度高，传感器上的槽线缝隙及直角弯折型槽线支节采用传统的刻蚀工艺加工，价格低廉，加工难度低，便于批量生产，可实现在线实时宽带检测。本实用新型提出的传感器因加载的传感器上的槽线缝隙及直角弯折型槽线支节使测试区域具有很强的电场，较传统共面波导传输线测量，其灵敏度大大提高，可用于检测微小的样品。
附图说明
图1是本实用新型测量装置的结构示意图；
图2是本实用新型测量装置中微流管的结构示意图；
图3是本实用新型测量装置的散射参数；
图4是本实用新型测量装置测试区域的场分布示意图。
图中：1-介质基板，2-金属层，3-共面波导传输线，4-信号传输缝隙，5-中间导带，6-槽线缝隙，7-直角弯折型槽线支节，8-输入端口，9-输出端口，T-测试区域。
具体实施方式
结合附图详细描述本实用新型的具体内容。如图1所示，本实用新型所述的基于共面波导传输线的新型电参数测量装置由双层板构成，其底层为介质基板1，上层为金属层2，在金属层2上刻蚀有共面波导传输线3，其包括两条信号传输缝隙4和中间导带5，在中间导带5且远离两端馈线部分串联加载有两个槽线缝隙6，该槽线缝隙6的另一端分别与两个结构相同且相互对称的直角弯折型支节7相连，两个直角弯折型缝隙支节7属并联关系，测量区域T位于两个相同结构的直角弯折型缝隙支节7上，共面波导传输线3的输入端口8和输出端口9分别通过SMA接头与矢量网络分析仪相连。
如图1所示，微波信号由输入端口输入，一部分经槽线缝隙到达两个相互对称且结构相同的直角弯折型槽线支节上，另一部分经共面波导传输线到达输出端口；所述的槽线缝隙及两个相互对称且结构相同的直角弯折型槽线支节的尺寸可以决定传感器的工作频带，同时增强测试区域T的电场，但是以牺牲共面波导传输线的工作频带为代价的，直角弯折型槽线支节的直角弯折个数为6个。
所述被测样品是固体可直接放置在测量装置的测量区域上；如果被测样品是流体或固体粉末，可通过一个弓字型塑料管放置在测量区域，该弓字型塑料管的结构如图2所示，其尺寸可自由定制，本实用新型选择的弓字型塑料管的直径为2mm，高度为3mm，中间部分长度为3mm，弓字型塑料管通过导电胶粘贴在测量装置的测量区域。
所述介质基板的材料为罗杰斯R4003C，其相对介电常数为3.38，介质基板的厚度为0.8mm，共面波导传输线的两条信号传输缝隙的尺寸为0.15mm，共面波导传输线的中间导带的尺寸为2.3mm，其上加载的槽线缝隙的宽度为0.15mm，长度为0.3mm，直角弯折型槽线支节的弯折个数6个，其缝隙宽度为0.15mm，每个弯折支节的长度为2.5mm。测试时将传感器的输入端口和输出端口分别与矢量网络分析仪相连。
图3给出了本实用新型所述的传感器的散射参数信息，从中可以看出，该传感器在5-10GHz和15-22GHz其反射系数S11小于-15dB，传输系数S21在-2dB以上，即该传感器的工作频率为5-10GHz和15-22GHz，属于双频宽带检测。其测试区域即传感器的两个相同结构的直角弯折型缝隙支节如图1所示的T部分的电场分布是整个装置中最强的，通过FEM数值计算方法计算出其强度达到了105V，因此将被测样品加载在检测区域，其引起的信号可被传感器敏感捕获到。且本实用新型提出的传感器的尺寸为13.8mm*12.5mm*0.8mm，可以很方便地与其它电路设备集成为微分析系统。特别地，该实用新型所提出的传感器由共面波导传输线组成，其最大的优点是可以根据其阻抗特性需要合理安排传感器的尺寸，该阻抗特性为共面波导传输线的阻抗由中间导带和两条信号传输缝隙的比值决定，因此该实用新型可根据所测样品的属性、特点加工出更加合理的尺寸。
图4给出了传感器对聚四氟乙烯的测量结果，即将3mm*3mm*1mm大小的聚四氟乙烯放置在测试区域，如图1中的T部分，其引起的散射参数的信息如图4所示，对比图3和4，可以看出，损耗很低的测量物即可引起传感器上散射参数的明显变化，本实用新型正是通过这种变化再结合神经网络方法反演被测物的介电常数的。
研究表明，共面波导传输线在介电常熟测量方面得到了广大研究者的喜爱，其典型特点是超宽带和较好的灵敏度。其测量原理是，当电磁波沿共面波导传播时，如遇到周围有其它介质，则共面波导的两端口散射参数将发生变化，且对于不同的介质，散射参数的辩变化信息也不一样。即当将不被测样品放置在共面波导传输线上时，相当于在传输线上引入了不连续性结构，这种不连续性结构将造成共面波导传输线两端口散射参数，且散射参数的变化情况携带的有样品介电特性的信息，最后采用神经网络方法，基于测试的包含样品的散射参数信息反演被测样品的介电常数。本实用新型正是基于上述的微波传输原理实现样品介电特性检测的。由于共面波导传输线信号最强的部分为两条信号传输缝隙，而针对大多数样品必须放置在共面波导的中间导带上，为增强其电场，特在其上加载了两个相同直角弯折型缝隙支节。按照这种方式设计的测量装置，可使测量区域电场大大增强，使被测样品可以充分被电磁波影响，从而提高了检测灵敏度，这是以牺牲带宽为代价的，既便如此本实用新型依然是宽带双频介电常数测量装置，依据上述尺寸，带宽为5-10GHz和15-22GHz。
以上实施例描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型原理的范围下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本实用新型保护的范围内。